книги / Технология производства и методы обеспечения качества зубчатых колес и передач

Рис. 3.19. Облегающий шевер

Рис. 3.20. Шевер для колес внутреннего зацепления

зубчатых колес по профилю получается несколько ниже, чем при использовании диско­ вых шевсров обычной конструкции.

Шеверы для колес внутреннего зацепления (рис. 3.20) отличаются тем, что боковая поверхность их зубьев не является эвольвентой. Это отличие тем больше, чем меньше раз­ ность числа зубьев колеса и шевера и чем больше угол скрещивания осей. С внешней сто­ роны зубья шевера бочкообразны, и практически его расчет для колес внутреннего зацеп­ ления сводится к определению величины бочкообразности как разницы в толщине зубьев в среднем и крайнем торцевых сечениях.

Однопроходные шеверы отличаются от обычных тем, что их зубья с одной стороны выполнены конусными и имеют три зоны: заходную, режущую и калибрующую. Шевин­ гование однопроходным шевером осуществляется при постоянном межосевом расстоя­ нии, что упрощает кинематику стайка. Кроме того, режущие зубья шевера вступают в ра­ боту последовательно, что позволяет более равномерно распределять припуск между ни­ ми. Цикл обработки однопроходным шевером состоит из одного рабочего и одного калибрующего хода.

3.5. Калибрование зубьев цилиндрических колес

Калибрование осуществляется без снятия стружки при пластическом деформирова­ нии металла на боковой поверхности зуба. В результате повышается первоначальная твердость профиля, снижается уровень шума работающих зубчатых колес. Кроме того, обеспечивается шероховатость профиля с высотой микронеровностей 1-5 мкм.

Калибрование производится одним, двумя или тремя инструментами-накатниками. На станках с двумя или тремя инструментами-накатниками усилие накатки распределя­ ется между ними таким образом, что ось обрабатываемого колеса остается разгруженной. На станках с одним инструментом-накатником создаются значительные усилия, в связи с чем обрабатываемое колесо должно надежно поддерживаться специальными опорами. Пе­ ред чистовым накатыванием необходимо соблюдать большую точность и более узкий до­ пуск на припуск, чем перед шевингованием, так как в противном случае на боковых про­ филях зубьев образуются закаты и местные скопления металла. Для обеспечения одина­ ковых условий обработки обеих сторон зуба рекомендуется во время рабочего цикла осуществлять реверс.

Для массового производства эффективным является калибрование по методу «Моноролл». Обработка осуществляется свободным обкатом при параллельных осях обрабаты­ ваемого колеса и инструмента. Инструмент-накатник выполняется в виде шевера. На бо­ ковых поверхностях его зубьев нанесены поперечные канавки, которые расположены со смещением на определенную величину по длине каждого зуба, а на поверхности накатни­ ка канавки образуют винтовую линию. Благодаря этому при обкатке последовательно де­ формируются отдельные участки боковых поверхностей зубьев, что позволяет уменьшить ее усилие и повысить точность обработки. Число зубьев и групп в накатнике не должно быть равным или кратным числу зубьев обрабатываемого колеса. В процессе калиброва­ ния зубья инструмента под действием усилия деформации входят в металл на глубину припуска и вытесняют его из зоны контакта. Поскольку оси инструмента и обрабатывае­ мого колеса установлены параллельно, то, в отличие от процесса шевингования, отсутст­ вует эффект резания. Металл, вытесняемый при накатывании, перемещается к головке или ножке зуба. Накатник в течение цикла вращается в одном направлении. Обработка производится за один двойной ход стола станка при постоянном межосевом расстоянии. Обрабатываемое колесо выдерживается без реверса в конечном положении, а затем вме­ сте с поперечными салазками автоматически возвращается в исходное положение.

Накатники изготовляют из быстрорежущей стали той же твердости, что и шеверы. Средняя стойкость между переточками — 50 тыс. деталей при трех возможных переточ­ ках. Каждая сторона профиля зуба накатника выполняется с различной корректировкой, исходя из условий течения металла на ведущей и ведомой сторонах зуба обрабатываемого колеса и непостоянства величины прогиба на разных участках по длине зуба при обработ­ ке косозубых колес. Отношение ширины выступов к ширине канавок составляет 3:2, при­ пуск под калибрование — 0,02-0,03 мм, продолжительность обработки — 9-12 с для зуб­ чатых колес диаметром до 120 мм и модулем до 2,5 мм. Увеличение модуля и соответст­ венно габаритов обрабатываемых колес требует значительно больших пластических деформаций и перемещения поверхностных слоев металла, чем при обработке зубчатых колес с небольшим модулем. В связи с этим применение данного метода для более круп­ ных модулей зубчатых колес сопряжено со значительными трудностями.

Промежуточное место между калиброванием и шевингованием занимает метод обра­ ботки зубчатых колес «финишер». При этом методе инструмент по внешнему виду напо­

минает зубчатое колесо. На одном нз его торцов расположены режущие кромки зубьев с очень малыми задними углами. Оси инструмента и зубчатых колес скрещены под углом 15-20°. Вращающийся инструмент находится в дпухпрофильном зацеплении с обрабаты­ ваемым колесом и одновременно вдоль его зубьев. Инструмент полностью обрабатывает колесо за один проход вдоль его зубьев. В отличие от шевингования, процесс идет с при­ нудительным обкатом. Скорости вращения инструмента и колеса строго синхронизирова­ ны кинематической цепью станка. Применяется инструмент либо из быстрорежущей ста­ ли, либо твердосплавный. В станки, работающие по методу «финишер», встроен механизм для перезаточки инструмента по передней грани.

Вследствие того, что процесс идет с принудительным обкатом, точность обработки су­ щественно выше, чем при шевинговании. При изготовлении колес т - 3-4,5 мм достига­ ется погрешность профиля в 0,01-0,02 мм, погрешность направления зуба — 0,04/100 мм, радиальное биение — 0,02-0,03 мм.

Фирма Landis Machine Со and Michigan Tool Со (США) создала серию станков для хо­ лодного калибрования зубчатых венцов колес для автомобилестроения и авиационной промышленности.

Фирма Lorenz (ФРГ) создала станки модели «Микрофло» (лицензия фирмы Michigan, США). Колеса с числами зубьев 31 и модулем зацепления 2,1 мм обрабатываются в течение 6 с (с учетом времени загрузки и выгрузки). Обработку ведут двумя кинематически связан­ ными валками (накатниками). Заготовку вращают накатники. Калибруют колеса диамет­ ром 25-125 мм при модуле 125-5 мм. Припуск на калибрование не превышает 0,02-0,03 мм. В станке используется высокоточный инструмент. При калибровании заготовок из сталей с HRC-18 усилия составляют 15-25 к11 на каждые 25 мм ширины венца при модуле 1,5-4 мм. Для сталей с HRC-21 усилия равны 20-40 кН. Точность колес после калибрования не по­ вышается, однако значительно возрастают класс шероховатости поверхности и контактная прочность зубьев. Производительность при калибровании в несколько раз выше, чем при шевинговании. Стойкость инструмента составляет около 1 млн. колес. .

Фирма Hurth (ФРГ) создала станок модели ZRA7, работающий одним накатником (процесс «Моноролл»). Производительность станка такая же, как и у «Микрофло». Инст­ румент выполнен с канавками на зубьях, что позволяет значительно снизить усилия нака­ тывания. Из-за высокой стоимости инструмента применение станка оправдано лишь при изготовлении не менее 1 тыс. однотипных колес в смену.

3.6. Хонингование зубьев цилиндрических колес

3 .6 .1 . Технология хонингования

Хонингование представляет собой процесс окончательной доводки зубьев цилиндри­ ческих колес с помощью зубчатого абразивного колеса — хона. Оно используется для до­ водки зубьев термически обработанных колес.

Различают схемы зубохоиинговання:

—при двухпрофилыюм зацеплении зубчатого хона с обрабатываемым колесом и ра­ диальной нагрузке «в распор» (рис. 3.21, а);

—при однопрофильном зацеплении зубчатого хона с обрабатываемым колесом и тор­ мозном моменте на колесе (рнс. 3.21, 6).

—«коронарное» зубохонингование при использовании в качестве инструмента «охватыва­ ющего» хона — колеса с внутренним зацеплением —с обрабатываемым колесом наружного за­ цепления (рис. 3.21, в).

116

Зубохонингование позволя­ ет устранить небольшие заусен­ цы и забоины, повысить качест­ во пятна контакта и плавность передачи, уменьшить шерохова­ тость рабочих поверхностей зу­ ба и уровень шума передачи.

В процессе зубохонингования обрабатываемое колесо и хон устанавливаются на скре­ щивающихся осях. При этом происходят движения: враща­ тельное — хона и колеса; осевое возвратно-поступательное — хо­

на или колеса; осциллирующее возвратно-поступательное — хона для некоторых типов станков с целью увеличения производительности.

Припуск под хонингование зубьев обычно составляет не более 0,02-0,03 мм на сторо­ ну зуба. Для улучшения качества обработки колеса в каждом конкретном случае следует устанавливать оптимальную величину припуска, так как повышенный съем его при зубохонинговании приводит к возникновению дополнительных погрешностей.

В качестве инструмента применяются алмазные или абразивные хоны. Алмазный хон представляет собой зубчатое колесо, на профильную поверхность зубьев которого нанесен гальваническим методом алмазный слой. Абразивный хон изготавливается литьем в пресс-форму смеси белого электрокорунда с эпоксидными акриловыми и полиуретановы­ ми связками.

Жесткими являются эпоксидные и акриловые связки, упругими — полиуретановые. Жесткие связки обеспечивают равномерный съем припуска и более точную обработку. Эластичные связки способствуют ускорению процесса и некоторому повышению произ­ водительности.

В качестве СОЖ используется сульфофрезол или веретенное масло.

Благодаря высокой производительности процесс зубохонингования получил широ­ кое распространение в качестве отделочной операции при массовом производстве шесте­ рен, для снятия забоин и заусенцев, улучшения шероховатости зубьев.

3.6.2. Зубохонинговальные станки

Модели хонинговальных станков приведены в табл. 3.27.

3.7. Обкатка и притирка зубьев цилиндрических колес

Обкатка представляет собой процесс совместного вращения обрабатываемого колеса и одного или нескольких рабочих колес под распорной или окружной нагрузкой. Рабочие колеса обычно имеют высокую твердость, так как нагрузка при обкатке достигает 5-10 МПа. Время ее, как правило, составляет 1-2 мин. В результате на рабочих поверхно­ стях зубьев образуется наклепанный слой, снижается шероховатость, устраняются заусен­ цы и забоины. В качестве СОЖ применяется сульфофрезол или веретенное масло.

Притирка — это процесс искусственного изнашивания рабочих поверхностей зубьев с помощью абразивной массы. Притирка применяется для ответственных передач с целью уменьшения шума, повышения их плавности и улучшения пятна коитакга.

Притирку осуществляют на специальных станках чугунным зубчатым колесом или с парным колесом при усилии 100 Н на 1 см длины зуба. В зависимости от типов станков при притирке происходят: вращение притира и колеса; осевое перемещение притира или колеса; возвратно-поступательное перемещение притира или колеса в радиальном направ­

лении.

Процесс притирки может осуществляться как при параллельном расположении осей притира и колеса, так и при скрещивающихся осях, причем в последнем случае повышает­ ся производительность.

Припуск под притирку обычно составляет не более 0,05 мм. Материалом для прити­ ров служит мелкозернистый серый чугун СЧ-21 с твердостью НВ 170-241 или СЧ-15 с НВ 163-229 и микроструктурой мелкопластннчатого графита. Для закрепления зерен аб­ разива в притире необходимо, чтобы они были немного больше пластинок графита.

В качестве притирочной смеси применяется состав из 40% корунда или электроко­ рунда зернистостью 25-16 и 60% вазелиновой смазки.

Число зубьев притира не должно иметь общих множителей и быть кратным числу зубьев притираемого колеса. Обычно притирка производится при номинальном меж­ осевом расстоянии, поэтому толщина зубьев притира должна быть уменьшена на 0,05-0,08 мм.

Следует отметить, что в каждом конкретном случае для улучшения качества прити­ раемого колеса нужно установить оптимальную величину снимаемого припуска, так как при ее превышении (обычно свыше 0,05 мм) возникают дополнительные погрешности зубьев.

3.8. Шлифование зубьев цилиндрических колес

3 .8 .1 . Технология шлифования

Зубошлифование производится в основном при изготовлении колес повышенной точности, термически обработанных до твердости свыше 40 HRCa.

Различают два метода шлифования: копирования и обкатки. При шлифовании по первому методу шлифовальный круг повторяет профиль впадины обрабатываемого зуб­ чатого колеса, а по второму — боковые поверхности круга воспроизводят зуб рейки в заце­ плении с обрабатываемым колесом.

Наиболее производительными и точными являются станки, работающие по методу обкатки с использованием в качестве инструмента абразивного червячного круга. Высо­ кой производительностью характеризуются также станки, работающие по методу копиро­ вания, однако наладка их довольно сложна, и применяются они в основном для обработки прямозубых колес.

Величина припуска на сторону зуба под шлифование составляет для модулей: до 2 мм — 0,05-0,15 мм; 2 -5 мм — 0,15-0,20 мм; свыше 5 мм — 0,2-0,3 мм.

Зубошлифование позволяет обеспечить высокую точность зубчатого венца, устранить погрешности предварительной и термической обработки. Однако шлифование ухудшает качество поверхностного слоя и его физико-механические свойства. Выделяемое при шлифовании тепло вызывает структурные изменения в поверхностном слое в виде прижогов и внутренние растягивающие напряжения. При превышении этими величинами на­ пряжений предела прочности появляются шлифовочные трещины.

Прижоги в зависимости от схемы шлифования могут быть в виде пятен, чередующих­ ся полос или отдельных мелких штрихов. Глубина дефектного слоя может достигать 0,1 мм.

Прижоги и трещины образуются на деталях с низкой теплопроводностью, неоднород­ ной структурой, наличием поверхностных дефектов.

С целью предотвращения появления прижогов и шлифовочных трещин рекомендует­ ся применять: прерывистое шлифование либо шлифовать партиями детали из одной плавки; СОЖ с хорошими моющими и смазывающими свойствами; подачу СОЖ при больших давлениях (порядка 1,2-1,5 МПа); стали с более высокой теплопроводностью; площадку контакта детали с кругом в виде узкой длинной полоски; рациональные режи­ мы резания на черновых и чистовых проходах.

На образование прижогов большое влияние оказывают качество шлифовальных кру­ гов, своевременность их правки и балансировки. Дисбаланс вызывает колебания круга,

неравномерный съем металла за один оборот круга и, следовательно, образование цикли­ ческих прижогов.

Наилучшпе результаты при шлифовании цементованных сталей получают при при­ менении кругов марок ЭБ20СМ2К, ЭБ25СМ2К, ЭБ25СМ1К, а для станков с компенса­ торными устройствами — более мягких кругов с твердостью М3. Устранению прижогов способствует также совершенствование технологии химико-термической обработки, на­ правленное на уменьшение припуска на зубошлифоваиие. Она должна обеспечить необ­ ходимое упрочнение при наименьших температуре нагрева, времени выдержки и мини­ мальном количестве операций нагрева и охлаждения.

Рекомендуется также применять электрохимическое шлифование с использованием

ш лифовальных кругов из эльбора на токопроводящих металлических связках

Л016М 013 и Л025М 013. Деталь является анодом, а шлифовальный круг — катодом. Они подключаются к источнику постоянного тока. Электролит подается в зону резания гидроаэродинамическн м способом.

3 .8 .2 . Зубошлифовальные станки.

Точность, достигаемая при зубошлифовании

В табл. 3.28 приведены основные характеристики зубошлифовальных станков.

В табл. 3.29 приведены сведения об областях применения различных моделей зубо­ шлифовальных станков.

единичном делении